重水是怎摸提取出來(lái)的?

【專家解說(shuō)】：D20也叫重水 重水與普通水看起來(lái)十分相像，它們的化學(xué)性質(zhì)也一樣，不過(guò)某些物理性質(zhì)卻不相同。普通水的密度為1克／厘米3，而重水的密度為1.056克／厘米3；普通水的沸點(diǎn)為100℃，重水的沸點(diǎn)為101.42℃；普通水的冰點(diǎn)為0℃，重水的冰點(diǎn)為 3.8℃。此外，普通水能夠滋養(yǎng)生命，培育萬(wàn)物，而重水則不能使種子發(fā)芽。人和動(dòng)物若是喝了重水，還會(huì)引起死亡。不過(guò)，重水的特殊價(jià)值體現(xiàn)在原子能技術(shù)應(yīng)用中。制造威力巨大的核武器，就需要重水來(lái)作為原子核裂變反應(yīng)中的減速劑 重水和普通水一樣，也是由氫和氧化合而成的液體化合物，不過(guò)，重水分子和普通水分子的氫原子有所不同。我們知道，氫有3種同位素。一種是氕，它只含有一個(gè)質(zhì)子。它和一個(gè)氧原子化合可以生成普通的水分子。另一種是重氫 ———氘。它含有一個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。它和一個(gè)氧原子化合后可以生成重水分子。還有一種是超重氫———氚。它含有兩個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子。 重水可以通過(guò)多種方法生產(chǎn)。最初的方法是用電解法，因?yàn)橹厮疅o(wú)法電解，這樣可以從普通水中把它分離出來(lái)。還有一種簡(jiǎn)單方法是利用重水沸點(diǎn)高于普通水通過(guò)反復(fù)蒸餾得到。后來(lái)又發(fā)展了一些其他較佳的方法。 然而只有兩種方法已證明具有商業(yè)意義：水——硫化氫交換法(GS法)和氨——?dú)浣粨Q法。 GS法是基于在一系列塔內(nèi)(通過(guò)頂部冷和底部熱的方式操作)水和硫化氫之間氫與氘交換的一種方法。在此過(guò)程中，水向塔底流動(dòng)，而硫化氫氣體從塔底向塔頂循環(huán)。使用一系列多孔塔板促進(jìn)硫化氫氣體和水之間的混合。在低溫下氘向水中遷移，而在高溫下氘向硫化氫中遷移。氘被濃縮了的硫化氫氣體或水從第一級(jí)塔的熱段和冷段的接合處排出，并且在下一級(jí)塔中重復(fù)這一過(guò)程。最后一級(jí)的產(chǎn)品(氘濃縮至高達(dá)30%的水)送入一個(gè)蒸鎦單元以制備反應(yīng)堆級(jí)的重水（即99．75％的氧化氘）。 氨——?dú)浣粨Q法可以在催化劑存在下通過(guò)同液態(tài)氨的接觸從合成氣中提取氘。合成氣被送進(jìn)交換塔，而后送至氨轉(zhuǎn)換器。在交換塔內(nèi)氣體從塔底向塔頂流動(dòng)，而液氨從塔頂向塔底流動(dòng)。氘從合成氣的氫中洗滌下來(lái)并在液氨中濃集。液氨然后流入塔底部的氨裂化器，而氣體流入塔頂部的氨轉(zhuǎn)換器。在以后的各級(jí)中得到進(jìn)一步濃縮，最后通過(guò)蒸餾生產(chǎn)出反應(yīng)堆級(jí)重水。合成氣進(jìn)料可由氨廠提供，而這個(gè)氨廠也可以結(jié)合氨——?dú)浣粨Q法重水廠一起建造。氨——?dú)浣粨Q法也可以用普通水作為氘的供料源。 利用GS法或氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水的工廠所用的許多關(guān)鍵設(shè)備項(xiàng)目是與化學(xué)工業(yè)和石油工業(yè)的若干生產(chǎn)工序所用設(shè)備相同的。對(duì)于利用GS法的小廠來(lái)說(shuō)尤其如此。然而，這種設(shè)備項(xiàng)目很少有“現(xiàn)貨”供應(yīng)。GS法和氨——?dú)浣粨Q法要求在高壓下處理大量易燃、有腐蝕性和有毒的流體。因此，在制定使用這些方法的工廠和設(shè)備所用的設(shè)計(jì)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要求認(rèn)真注意材料的選擇和材料的規(guī)格，以保證在長(zhǎng)期服務(wù)中有高度的安全性和可靠性。規(guī)模的選擇主要取決于經(jīng)濟(jì)性和需要。因而，大多數(shù)設(shè)備項(xiàng)目將按照用戶的要求制造。 最后，應(yīng)該指出，對(duì)GS法和氨——?dú)浣粨Q法而言，那些單獨(dú)地看并非專門設(shè)計(jì)或制造用于重水生產(chǎn)的設(shè)備項(xiàng)目可以組裝成專門設(shè)計(jì)或制造用于生產(chǎn)重水的系統(tǒng)。氨——?dú)浣粨Q法所用的催化劑生產(chǎn)系統(tǒng)和在上述兩方法中將重水最終加濃至反應(yīng)堆級(jí)所用的水蒸餾系統(tǒng)就是此類系統(tǒng)的實(shí)例。 專門設(shè)計(jì)或制造用于利用GS法或氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水的設(shè)備項(xiàng)目包括如下： 6．1． 水——硫化氫交換塔 專門設(shè)計(jì)或制造用于利用GS法生產(chǎn)重水的、用優(yōu)質(zhì)碳鋼(例如ASTM A516)制造的交換塔。該塔直徑6米(20英尺)至9米(30英尺)，能夠在大于或等于2兆帕(300磅/平方英寸)壓力下和6毫米或更大的腐蝕允量下運(yùn)行。 6．2． 鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī) 專門為利用GS法生產(chǎn)重水而設(shè)計(jì)或制造的用于循環(huán)硫化氫氣體(即含H2S 70%以上的氣體)的單級(jí)、低壓頭(即0．2兆帕或30磅/平方英寸)離心式鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)。這些鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)的氣體通過(guò)能力大于或等于56米3/秒(120 000 標(biāo)準(zhǔn)立方英尺/分)，能在大于或等于1．8兆帕(260磅/平方英寸)的吸入壓力下運(yùn)行，并有對(duì)濕H2S介質(zhì)的密封設(shè)計(jì)。 6．3．氨——?dú)浣粨Q塔 專門設(shè)計(jì)或制造用于利用氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水的氨——?dú)浣粨Q塔。該塔高度大于或等于35米（114．3英尺），直徑1．5米（4．9英尺）至2．5米（8．2英尺），能夠在大于15兆帕(2225磅/平方英寸)壓力下運(yùn)行。這些塔至少都有一個(gè)用法蘭聯(lián)結(jié)的軸向孔，其直徑與交換塔筒體部分直徑相等，通過(guò)此孔可裝入或拆除塔內(nèi)構(gòu)件。 6．4． 塔內(nèi)構(gòu)件和多級(jí)泵 專門為利用氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水而設(shè)計(jì)或制造的塔內(nèi)構(gòu)件和多級(jí)泵。塔內(nèi)構(gòu)件包括專門設(shè)計(jì)的促進(jìn)氣/液充分接觸的多級(jí)接觸裝置。多級(jí)泵包括專門設(shè)計(jì)的用來(lái)將一個(gè)接觸級(jí)內(nèi)的液氨向其他級(jí)塔循環(huán)的水下泵。 6．5． 氨裂化器 專門設(shè)計(jì)或制造的用于利用氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水的氨裂化器。該裝置能在大于或等于3兆帕(450磅/平方英寸)的壓力下運(yùn)行。 6．6． 紅外吸收分析器 能在氘濃度等于或高于90%的情況下“在線”分析氫/氘比的紅外吸收分析器。 6．7． 催化燃燒器 專門設(shè)計(jì)或制造的用于利用氨——?dú)浣粨Q法生產(chǎn)重水時(shí)將濃縮氘氣轉(zhuǎn)化成重水的催化燃燒器。